학문
헤라아레스
핵융합 발전의 핵심 장치인 토카막에서
안녕하세요!
핵융합 발전의 핵심 장치인 토카막에서 초고온 플라즈마를 안정적으로 가두기 위해 자기장을 제어하는 원리는 무엇인가요!
6개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 박재화 전문가입니다.
토카막은 매우 강한 자기장을 이용해 초고온 플라즈마가 장치의 벽에 직접 닿지 않도록 가두는 방식을 말합니다.
먼저 장치 바깥의 토로이달 코일이 도넛 모양을 따라 강한 자기장을 만들어 플라즈마 입자가 자기장선을 따라 나선형으로 움직이게 하는데, 여기에 플라즈마 자체에 큰 전류를 흘려 폴로이달 자기장을 만들어내고, 두 자기장을 합쳐 자기장선이 꼬인 형태가 되도록 합니다.
이렇게 꼬인 자기장은 전자와 이온이 바깥으로 쉽게 빠져나가는 것을 줄여 플라즈마를 중심부에 오래 유지하도록 도와주는 역할을 합니다. 또 별도의 제어 코일과 센서가 플라즈마의 위치와 모양을 계속 측정해 자기장 세기를 실시간으로 조절합니다.
결국 토카막은 여러 방향의 자기장을 정밀하게 조합하고 제어해 수억 도의 플라즈마를 벽에 닿지 않게 안정적으로 가둬두는 장치로 볼 수 있습니다.
채택 보상으로 486베리 받았어요.
채택된 답변안녕하세요. 강세훈 전문가입니다.
토카막은 강한 자기장으로 플라즈마 입자를 자기력선에 묶어 벽에 닿지 않게 가둔답니다.
도넛 방향 자기장과 플라즈마 전류가 만드는 자기장을 합쳐 나선형 자기장을 만들고 제어 코일로 실시간
조정해 1억 도 플라즈마를 안정적으로 유지할 수 있습니다.
안녕하세요.
토카막은 초고온 플라즈마가 벽에 직접 닿으면 식어버리기 때문에 강한 자기장으로 플라즈마를 공중에 띄워 가두는 방식이에요.
큰 토로이달 자기장이라는 것은 플라즈마를 도넛 모양으로 돌게 만들고, 플라즈마 전류가 만드는 폴로이달 자기장이 더해져 나선형 자기장 구조가 만들어지죠.
이렇게 하면 플라즈마 입자들이 자기력선을 따라 움직이면서 벽에 부딪히는 것을 줄일 수 있어요. 실제 운전에서는 코일의 전류와 위치를 조절해 플라즈마의 위치, 모양, 전류, 불안정성을 계속 제어하게 되요.
감사합니다.
안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.
토카막은 플라즈마 내부의 하전 입자들이 자기력선을 따라 원운동을 하며 갇히는 원리를 이용하여 초고온 플라즈마를 공중에 떠있게 하여 제어합니다. D자 형태의 D형 외부 영구 초전도 코일이 만드는 강력한 환형 자기장과 플라즈마 자체에 대전류를 유도하여 발생하는 폴로이달 자기장이 합성되어 꽈배기 형태의 나선형 자기장을 형성합니다. 이 나선형 자기력선이 플라즈마 입자의 이탈을 막는 거대한 자기장 용기 역할을 수행하며 중심부의 초고온을 유지시킵니다. 또한 플라즈마의 불안정성으로 인한 팽창이나 요동을 막기 위해 외부 위치 제어 코일을 통해 실시간으로 수직·수평 자기장을 미세 조절합니다 이러한 다중 초전도 코일 시스템의 정밀한 자기장 합성 기술을 통해 1억 도 이상의 초고온 플라즈마가 내벽에 직접 닿지 않고 안정적으로 유지될 수 있습니다
안녕하세요. 이수민 전문가입니다.
전하를 띤 입자는 자기장 안에서 로렌츠 힘을 받아 자기력선을 감고 나선을 그리며 돌아요. 자기력선에 수직한 방향으로는 묶이지만 자기력선을 따라서는 자유롭게 움직이니, 도넛 둘레의 D자형 코일이 만드는 토로이달 자기장으로 자기력선을 끝없는 고리로 닫아요.
그런데 이 자기장은 도넛 안쪽이 세고 바깥쪽이 약해서, 이온과 전자가 반대 방향인 위아래로 표류하며 전하가 갈라지고, 그 사이 전기장이 플라즈마를 바깥으로 밀어내요. 그래서 중심 솔레노이드로 변압기 원리를 이용해 플라즈마 자체에 수백만 암페어의 전류를 유도하고, 이 전류가 도넛 단면을 감는 폴로이달 자기장을 만들어요. 두 자기장이 합쳐지면 자기력선이 꽈배기처럼 비틀리고, 입자가 위아래를 번갈아 지나며 표류가 상쇄돼요.
바깥쪽 폴로이달 코일은 플라즈마의 위치와 단면 모양을 잡아요. D자 단면은 위아래로 쏠리려는 성질이 있어서, 1,000분의 1초 단위로 코일 전류를 조절해요. KSTAR는 가장자리 불안정성을 억누르는 보정 코일까지 더해 1억 도 플라즈마를 수십 초 유지했어요 :)
안녕하세요. 최정훈 전문가입니다.
토카막은 강력한 자기장바구니로 플라즈마를 공주에 가둬두죠. 1억도의 플라즈마는 벽에 닿으면 녹아버리지만, 자기장선을 따라서 도는 성질이 있기 때문입니다. 게다가 단순한 원형 자기장은 입자가 튕겨나가기도 하구요. 그래서 나선형으로 비튼 자기장을 묶어두는 겁니다.
외부의 초전도 자석이랑 플라즈마 내부 전류를 조합해서 가두고있고, 토로이달 자석이랑 플로이달 자석이랑 합쳐져서 비틀린 자기장을 완성시키기 때문입니다. 거기다가 플라즈마가 흔들리면, 제어코일로 실시간으로 모양을 잡아주기도 하구요. 그래서 KSTAR이나 ITER도 초전도 자석으로 가두는 겁니다.